9-基因突变

第十章基因突变(Gene Mutation)复习及导言第一节概念、特性和类别一、基因突变概念二、特性三、类别第二节时期、部位和频率一、突变发生时期和部位二、突变频率第三节机制一、基因突变的方式二、基因突变的机制(一)化学诱变机制(二)物理诱变机制(三)DNA损伤修复中产生突变1.DNA损伤的类型2.DNA损伤修复的方式(四)自然突变机制第四节基因突变诱发、检出和应用一、诱发二、检出三、应用※复习与回顾1. 遗传学概念？研究生物遗传(heredity)与变异(variation)的科学。

2. 遗传的三大规律？分离、自由组合、连锁与交换(含性连锁)三大定律。

3. 这些遗传规律的基础是什么？基因在染色体上，在细胞分裂中的染色体行为，配子竞争及繁殖特点。

4. 基因的结构特点？DNA序列，内含子及外显子，基因连续与否，基因位点固定与否，基因完整与否。

※导言Proface1. 性状变异类型Types of character variation：•(1)遗传变异heritable variation：高秆基因突变成矮杆基因，迟熟基因突变成早熟等，高产与抗病基因的组合。

•(2)不遗传的变异unheritable variation：如环境影响发育而形成的性状变异。

•如何识别？2. 遗传变异发生的主要途径：•(1)突变(mutation)：遗传物质的可遗传改变。

特点：新基因、新性状。

类型：染色体畸变(chromosomal aberration)、基因突变(gene mutation)•(2)重组(recombination)：遗传物质的重新组合。

特点：不产生新基因，但是可产生新基因型、新性状。

※第一节基因突变的概念、特性、类型Section 1. Concept, properties and classification of gene mutation 一、概念 概念：基因内部化学结构的改变，是一个基因(gene)变成它的等位基因(allele)的过程。

特点：产生新基因和新性状，广泛存在，是生物进化发展的重要源泉，也是育种的重要材料。

基因突变和染色体结构改变的区别:(1)前者可回复，后者难回复。

(2)前者是少数核苷酸的改变，后者是DNA 大片段的改变。

(3)前者难以从细胞学上进行检查，而后者则可能。

怎样用细胞学技术鉴定染色体结构变异？杂交，获得杂合体，观察其减数分裂MI 时期配对染色体的形态※二、基因突变的特性1.随机性(Randomly)：随机发生。

基因及其核苷酸。

2.稀有性(Rarely)：一般＜10-4。

3.重演性(repeatedly)：在同一种类中可重复发生。

4.可逆性(reversibility)：A→ａ,叫正突变(U)；a→A,称回复突变(V)。

通常正突变率大于逆突变率。

如大肠杆菌野生型(his＋)突变为组氨酸缺陷型(his－)时，U是2×10－6即(1/50万)，而V则为1×10－9，相差约2000倍。

因此，在自然界中出现的突变大多为隐性突变。

※注意：回复突变体和抑制因子突变体的比较二者表型相似。

前者发生在正突变座位上，结果是形成显性基因A，表现显性表型。

后者发生在另一个座位上，由于抑制因子突变使基因a(隐性表型)的缺陷得以弥补，相当于抑制了A 到a的突变效应，从而a表达产生显性表型。

区分的方法：可用回复系与野生型杂交，若F 2后代分离出突变型个体，则是抑制因子突变；若没有，就是回复突变(图10-1)。

回复突变体与抑制因子突变体的区别方法5.多向性(varible directions):不同个体的同一基因可向不同的方向突变，形成一系列的复等位基因。

例如，人类ABO血型有3个复等位基因。

6.有害性:突变一般是有害的，如叶绿素突变产生白化苗。

少数突变有利。

作物的早熟性和抗逆性突变，微生物的抗药性突变等则是有利的。

当然也有中性突变，无所谓好坏。

7.平行性:亲缘关系相近的物种间，遗传基础比较相似，可发生相似的突变。

如小麦有早熟、晚熟，圆粒、长粒，有芒、无芒等突变型。

禾本科的其他物种：大麦、黑麦、燕麦、玉米、高粱、水稻、冰草等也有这些突变型。

三、基因突变的类型classification of gene mutation1.发生条件：•自然突变(自然条件)•人工诱变：理化诱变。

2.突变性质：•显性突变(产生显性基因的突变)：产物纯合体的表型？•隐性突变(产生隐性基因的突变)：产物纯合体的表型？3.突变效应：•形态突变(产生形态变异,浙江白茶)，生化突变(产生生化变异)，致死突变，条件致死突变(如温敏、光敏、营养缺陷)，抗性突变(产生抗性突变体)。

4.突变好坏：？•有害突变(产生有害变异)，有利突变(产生有利变异)，中性突变(无好坏)。

⊙⊙⊙早春，产茶期仅1个月色香味极佳，甘甜可口第二节基因突变发生的时期和部位及频率一、突变发生的时期及部位突变时期和部位：可发生在生物个体发育的任何时期，任何性细胞和体细胞。

人的血友病:带有X的配子突变；植物“芽变”:体细胞突变。

1.体细胞突变：可产生突变细胞与正常细胞并存的嵌合体(mosaic)，也可能在生长过程中因竞争不过其周围的正常细胞而受到抑制或最后消失。

嵌合体可能产生配子遗传给后代，也可能不产生后代。

特点：动植物体细胞突变不仅突变频率较低，影响程度小。

利用：将其从母体上分离下来进行无性繁殖，或由它再生成个体遗传给后代。

已有不少果树、花卉品种是应用这种方法育成的。

对于微生物，其体细胞本身可繁殖和形成配子，容易遗传下去。

2.性细胞突变：可竞争授粉遗传给后代，也可能因不能参与受粉而失去遗传的机会。

特点：其遗传给后代的概率比体细胞突变大，而且配子是单倍体，突变容易显示出来。

突变的影响程度：突变发生的时期愈早，影响的程度愈大；性细胞突变比体细胞突变对生物的影响大。

※二、突变频率(mutation rate)1.概念：指生物每一世代中，每一基因组或配子发生突变的概率。

其突变率的估算方法因不同生物而异。

(1)有性生殖生物：突变率是每一配子(1个基因组)发生突变的概率，即一定配子中的突变型配子数所占比率。

•显性基因突变成隐性的突变率：由于测交后代群体能反映被测系突变配子的比率，因此可用隐性纯合亲本(测验系)与显性纯合亲本(被测系)杂交，统计测交F1代隐性表型所占比率，即是突变率。

测交群体中隐性突变率计算公式：隐性突变率=隐性突变表型个体数/个体总数例如，用糊粉层淡红色的玉米(pr pr)×紫玉米(Pr Pr)，杂交果穗上所结籽粒应该全是紫色的(Pr pr)(果实直感现象)。

但在一百多个杂交果穗上的647102粒籽粒中，出现了7粒红色籽粒。

可计算得突变率为7/647102=11×10－6。

有人用同样的方法考查了影响玉米籽粒性状的7个基因，其突变率见表10-2※表10-2. 玉米7个基因的突变频率基因控制性状配子数突变数突变率(×10-6) R籽粒颜色5547862734920I 抑制色素形成265391281060Pr紫色6471027110Su非甜粒1678736424ｙ黄胚乳1745280422Sh 非凹陷粒2469285312Wx 非蜡质粒150374400※•隐性基因突变成显性的突变率：可直接调查隐性纯系的后代群体中显性表型个体所占比率，再除以2(因为二倍体个体有两个基因组，显性表型个体中只有1个基因组有显性突变)就是其突变率。

即公式为：显性突变率=显性突变表型个体数/(2×个体总数)人类基因突变率的估算，往往是通过出生调查和家系分析进行。

如无虹膜突变是一个显性突变，杂合子均为全盲或接近全盲。

在美国密执安州，1919～1959年间出生的4664799人中，约有41人是无虹膜患者。

故其突变率为41/(2×4664799)＝4.4×10－6。

据估计，在高等动植物中，基因自发突变频率为1×10－5～1×10－8。

(2)无性生殖的细菌：用每一世代中每一细菌发生突变的概率，即一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的细菌数所占比率。

可以取一定浓度一定数量细菌纯系培养1个世代，其中出现某种突变型细菌数占细菌总数的比率。

据估计，细菌基因的突变率一般为１×10－4～1×10－10。

不同生物或同种生物不同基因的突变频率不同(表10-1)。

※表10-1. 部分生物的基因突变率生物突变性状突变率噬菌体T2寄主范围(ｈ)3×10－9大肠杆菌链霉素抗性(str r)4×10－10乳糖发酵(lac-)2×10－7莱因哈德衣藻链霉素抗性(str r)1×10－6红色链孢霉腺嘌呤缺陷型回复突变(ade＋)4×10－6玉米紫色籽粒(purple seeds)1×10－5黑腹果蝇白眼复眼(white eye,W)4×10－5小鼠棕色皮毛(brown coat,br)8×10－6人亨廷顿舞蹈病(Huntington’s chorea)1×10－6血友病(hemophilia A)3×10－5神经纤维瘤病3×10－4※第三节基因突变的机制在分子水平上，突变可有以下几种方式：•单核苷酸对：缺失、插入：移码突变替换、倒转：替换包含转换、颠换。

可引起错义突变、同义突变、无义突变•多核苷酸序列：作为一个整体，可有上述突变方式，此外还可有倒位。

•在突变中，可以有几种方式，也可只有其中一种。

•见图10-2※一、基因突变的方式 什么是基因？细胞水平：基因是遗传因子，相当于染色体上的一个点(座位)。

分子水平：是带有遗传信息的DNA 或RNA 区段，由若干核苷酸组成。

基因突变的最小单位是什么？突变子：一个核苷酸对。

图10-2图10-131234二、基因突变的分子机制(一)化学诱变机制1、碱基类似物诱导替换突变最常见：5-溴尿嘧啶(5-BU)，类似于T。

异构体：酮式烯醇式配对形式：BU=A BU≡G 2-氨基嘌呤(AP)，类似于A异构体：酮式烯醇式配对形式：AP=T AP≡C 机制：可在DNA复制中，代替天然碱基，然后由于其配对的不稳定性，在下一次的DNA复制中导致碱基替换突变。

2.化学修饰及其诱变机制(1)亚硝酸的脱氨作用：A→次黄嘌呤(H)，C→U，G→黄嘌呤(X) (2)烷化剂如氮芥子气(NM)、乙烯亚氨(EI)、硫酸二乙酯(DES)等的烷基化作用：G→mG，类似于A; mG脱嘌呤作用引起缺失;烷化剂与磷酸结合引起DNA断裂;在DNA链间形成交联，引起核苷酸被切除或丢失。

(3)羟氨的羟基化作用：C羟化后类似于T，导致G≡C→A＝T 3.渗入与干扰：丫啶橙等丫啶类物质渗入碱基间，导致碱基间距增加1倍，造成密码框错误，引起移码突变。